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实 验 八
测量电源的电动势和内阻
一、实验目的
1.测量电源的电动势和内阻。
2.加深对闭合电路欧姆定律的理解。
二、实验器材
电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。
突破点(一) 实验原理与操作
[例1] 用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V,内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻,除待测电池组、电键、导线外,还有下列器材供选用:
A.电流表:量程0.6 A,内电阻约1 Ω
B.电流表:量程3 A,内电阻约0.2 Ω
C.电压表:量程3 V,内电阻约30 kΩ
D.电压表:量程6 V,内电阻约60 kΩ
E.滑动变阻器:0~1 000 Ω,额定电流0.5 A
F.滑动变阻器:0~20 Ω,额定电流2 A
(1)为了使测量结果尽量准确,电流表应选用________,电压表应选用________,滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)。
(2)下图为正确选择仪器后,连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将__________和________相连、________和________相连、________和________相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。
(3)实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U。用图像法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线,则可以________为纵坐标,以________为横坐标。
[由题引知·要点谨记]
eq \a\vs4\al(1.考查实验原理[对应题干部分],电池组的内阻很小,电流表应内接。)
eq \a\vs4\al(2.考查实验器材的选取[对应第?1?题],?1?根据电池组的电动势选电压表。,?2?根据电路中的最大电流选电流表。如果要求测量结果尽量准确,一般选择小量程的。,?3?滑动变阻器限流时,应选最大值比被测电阻稍微大一些的。)
eq \a\vs4\al(3.考查实物图连线[对应第?2?题],?1?总的原则为:先串联后并联。,?2?注意电表和电源的正负极。)
4.考查利用电阻箱测E和r[对应第(3)题]
(1)画出利用电阻箱和电压表测量E和r的电路图。
(2)根据闭合电路欧姆定律写出关于R和U的函数关系式,如下:
①eq \f(1,U)=eq \f(r,E)·eq \f(1,R)+eq \f(1,E) ②U=E-eq \f(U,R)r
③eq \f(R,U)=eq \f(1,E)R+eq \f(r,E)
[解析] (1)因三节干电池的电动势约为4.5 V,故电压表应选D;因干电池放电电流不宜超过0.5 A,故电流表应选A;由电压表和电流表的测量范围可知滑动变阻器选用F即可。
(2)本实验的实验电路如图甲所示。所以还需要用导线将a与d相连,c与g相连,f与h相连。
甲 乙
(3)电阻箱代替滑动变阻器,实验电路图如图乙所示。根据闭合电路欧姆定律得U+eq \f(U,R)r=E,整理可得三种情况:
①eq \f(1,U)=eq \f(r,E)·eq \f(1,R)+eq \f(1,E),以eq \f(1,U)为纵坐标,eq \f(1,R)为横坐标,在直角坐标系中图像为一条直线;
②U=E-r·eq \f(U,R),以U为纵坐标,eq \f(U,R)为横坐标,在直角坐标系中图像为一条直线;
③eq \f(R,U)=eq \f(1,E)·R+eq \f(r,E),以eq \f(R,U)为纵坐标,R为横坐标,在直角坐标系中图像为一条直线。
[答案] (1)A D F (2)a d c g f h
(3)eq \f(1,U) eq \f(1,R)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或U \f(U,R);或\f(R,U) R))
[集训冲关]
1.(2018·连云港期末)利用如图甲所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻,要求尽量减小实验误差,供选择的器材有:
A.电流表A(0~0.6 A)
B.电压表V1(0~3 V)
C.电压表V2(0~15 V)
D.滑动变阻器R1(0~15 Ω)
E.滑动变阻器R2(0~100 Ω)
F.定值电阻R0=1 Ω
G.开关一个,导线若干
(1)实验中电压表应选用______,滑动变阻器应选用______(选填相应器材前的字母)。
(2)实验小组根据图甲中电路图已连接了部分器材,请用笔画线代替导线,将乙图中实物连接图补充完整。
(3)实验时,某位同学记录了5组数据,对应的点已经标在图丙上,请在坐标纸上画出U-I图线,并根据所画图线可得出干电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω
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